Question

18．某同學(xué)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）實(shí)驗(yàn)中根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，下列物理量中，不利用公式計(jì)算就能直接得到的是A
A．時(shí)間間隔  B．速度    C．加速度
（2）他進(jìn)行了如下操作，其中沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是C，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是E
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器材
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接到交流電源上
C．用天平測(cè)出重物的質(zhì)量
D．將連有重物的紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔
E．先釋放紙帶，后接通電源
（3）該同學(xué)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí)讓重物從高處由靜止開(kāi)始下落，重物上拖著的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)．已知紙帶上相鄰兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g，測(cè)出所用重物的質(zhì)量為m．實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖2所示，把第一個(gè)點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的3個(gè)點(diǎn)A、B、C作為測(cè)量的點(diǎn)．經(jīng)測(cè)量知道OA=h₁、OB=h₂、OC=h₃．根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以算出由O點(diǎn)至B點(diǎn)的過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量等于mgh₂，動(dòng)能的增加量等于$\frac{{m{{（{h_3}-{h_1}）}^2}}}{{8{T^2}}}$（用題中所給字母表示）
（4）在用圖1所示裝置做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重物減少的重力勢(shì)能總是大于重物增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的原因是C
A．選用的重物質(zhì)量太大            
B．重物的質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確
C．摩擦阻力和空氣阻力的影響      
D．處理紙帶時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確
（5）實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)進(jìn)行拓展研究，若不計(jì)阻力，讓重物從離地面高為h₀處自由下落，該同學(xué)嘗試畫(huà)出了重物距離地面的高度h與速度v的關(guān)系圖象．下列圖3四個(gè)圖中，能正確表示重物距離地面的高度h與速度v的關(guān)系的是C

Answer 1

分析 （1）不利用公式計(jì)算就能直接得到的是時(shí)間間隔．
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理以及注意事項(xiàng)確定沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟和不當(dāng)?shù)牟襟E．
（3）根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量，根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的速度，從而得出動(dòng)能的增加量．
（4）根據(jù)原理以及能量守恒分析誤差的來(lái)源．
（5）根據(jù)機(jī)械能守恒得出h與v的關(guān)系式，從而確定正確的圖線(xiàn)．

解答 解：（1）不利用公式計(jì)算就能直接得到的是時(shí)間間隔，速度和加速度需要通過(guò)計(jì)算得出，故選：A．
（2）實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量是否相等，質(zhì)量可以約去，不需要用天平測(cè)量質(zhì)量，則沒(méi)有必要的步驟是C．
實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶，故操作不當(dāng)?shù)牟襟E是E．
（3）由O點(diǎn)至B點(diǎn)的過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量△E_p=mgh₂，B點(diǎn)的速度${v}_{B}=\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$，則動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$=$\frac{{m{{（{h_3}-{h_1}）}^2}}}{{8{T^2}}}$．
（4）在用圖1所示裝置做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重物減少的重力勢(shì)能總是大于重物增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的原因是摩擦阻力和空氣阻力的影響，故選：C．
（5）根據(jù)機(jī)械能守恒得，$mg（{h}_{0}-h）=\frac{1}{2}m{v}^{2}$，則${h}_{0}-\frac{{v}^{2}}{2g}$，故選：C．
故答案為：（1）A，（2）C；E （3）mgh₂；$\frac{{m{{（{h_3}-{h_1}）}^2}}}{{8{T^2}}}$，（4）C，（5）C．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理以及注意事項(xiàng)，掌握誤差的來(lái)源，以及紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量，會(huì)根據(jù)下降的高度求解重力勢(shì)能的減小量．